因此，我們需要在一定的距離間隔中加入中繼站來增強光信號，但是這樣的方案有它自身的局限性。當一個光信號通過中繼站放大之后再次傳入光纖時，光與光纖內(nèi)芯之間的相互作用會導致信號畸變，而這樣的畸變隨著距離的增加會越來越顯著，打個比方來說，就像是在迷霧中，近距離的物體我們還可以看得比較清楚，但是距離增加，就越來越模糊了。這種畸變現(xiàn)象是非線性的，當信號強度加倍時，畸變量并非同樣加倍，而是可能增長得更快。所以當一個信號通過中繼站放大，如果放大的強度過大，產(chǎn)生的畸變就會將信號本身淹沒在一片噪聲中。針對光纖的研究主要就是尋找方法，爭取在避免散射和畸變的同時，提高信號的信息容量和傳播距離。
最開始的時候，光纖通信簡單地用激光發(fā)射源的開和關來編碼1和0。工程人員不斷地提高光源的開關頻率來提高信息的傳送速率。到了20世紀80年代中期，光纖通信網(wǎng)絡剛剛實現(xiàn)商業(yè)化沒幾年，這樣的方案可以實現(xiàn)跨越數(shù)十千米，每秒幾百兆bit信息的傳送。
為了把信號傳輸距離延伸到50千米之外，需要一個中繼器來放大已經(jīng)嚴重衰減的信號，中繼器先將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，濾除噪聲，然后放大，最后將電信號轉(zhuǎn)化回激光信號，送入下一段光纖。
這樣的光電轉(zhuǎn)換過程復雜且昂貴。幸好，在1986年，英國南安普頓大學的David Payne發(fā)明了一種更好的方法，在他的方案里，光信號可以直接在光纖中完成放大，而不需要外部電路。
Payne在光纖內(nèi)芯中摻入一些稀土元素鉺，他發(fā)現(xiàn)用激光照射鉺原子使其進入激發(fā)態(tài)的，可以放大1.55微米波長的入射光，恰好是光纖所用的透射率最高的波段。到了90年代中期，用摻有鉺的光纖制成的信號放大器已經(jīng)被應用于長距離光纖通信。每隔一段距離設置一歌放大器（具體間隔取決于通信距離），可以實現(xiàn)500到數(shù)千千米距離間的光纖信號傳送，更遠的距離就需要更高成本的電路系統(tǒng)來濾除噪聲和重制信號了。如今，鉺光纖放大器組成的鏈條可以讓光信號通過光纖穿越大洲大洋。
摻鉺光纖放大器的出現(xiàn)，為提高通信容量提供了一條新的途徑：多波段通信。鉺原子實際上可以在一個波長范圍內(nèi)放大光信號，并且在波長1.53至1.57微米內(nèi)放大倍數(shù)非常均勻。這個范圍足夠?qū)⒍鄠�信號集合在同一光纖內(nèi)了，只需要給它們分配不同的窄波段。
【探索】未來怎樣光纖通信又將如何繼續(xù)提升？
圖注：在圖中左側(cè)的信號源中，電信號被轉(zhuǎn)化為光學信號，然后傳入光纖中，每隔一段距離，就有摻雜了特殊材料的光纖制成的光學放大器來增強信號。在光纖的末端是接收器，接收器將光信號分為載波和數(shù)據(jù)本身，提取其中的數(shù)據(jù)分量，將其轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過選擇器傳入到不同的轉(zhuǎn)換器中，再變?yōu)楣庑盘杺鞒觯蛳乱粋�目的地傳送。
多波段通信方案被稱為波分復用技術（wavelength-divison multiplexing），它和激光信號開關頻率的不斷增加，促成了90年代中后期光纖通信通信容量的爆炸式增長。到了2000年，一個商業(yè)化的光纖通信系統(tǒng)可以同時放大80個獨立的信號，每個信號攜帶著每秒10000兆位（10Gb）的數(shù)據(jù)。實際上在那個時候，沒有誰需要這樣的通信容量，所以當時只有一部分的波段被使用，而其他的波段可以日后再加入進去。
隨著2000年以后互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡運營商在已有的光纖通信系統(tǒng)中加入了更多的波段。但是很快，傳統(tǒng)的信號編碼方式已經(jīng)達到了它的極限，如果沒有其他新的技術或者更多的光纖，現(xiàn)有的系統(tǒng)很快就會飽和。開或關形式的信號一次只能發(fā)送1bit數(shù)據(jù)（如果光信號強度高于某個閾值，就表示1，如果低于某個閾值，就表示0）。這種編碼方法如果想增加通信容量，唯一的方法就是工程研究人員一直致力爭取的：更短的脈沖，或是更短的脈沖間隔。
